CC BY
59
Серия 4. Химическое машиностроение и инженерная экология Разработка CALS-технологии четыреххлористого углерода реактивной квалификации и особой чистоты
д.т.н. проф. Бессарабов А.М., Степанова Т.И., к.х.н. доц. Трохин В.Е.,
к.х.н. доц. Вендило А.Г.
Научный центр «Малотоннажная химия» bessarabov@irea.org.ru
Аннотация. На базе концепции CALS разработана система для производства четыреххлористого углерода различных квалификаций. Показаны структура базы данных и взаимосвязь ее компонентов в приложении к выбранной предметной области - «Особо чистые вещества». Рассмотрена разработка технологического регламента на четыреххлористый углерод с использованием CALS-системы.
Ключевые слова: CALS-технологии, особо чистые вещества, четыреххлористый углерод, технологический регламент
Четыреххлористый углерод (ЧХУ) широко применяется в качестве растворителя при производстве и лабораторной практике, выделении различных масел жиров и смол; служит для получения фреона-12, для очистки и обезжиривании деталей машин и механизмов, печатных плат и микросхем, в органическом синтезе и в спектральных исследованиях [1]. Широкая номенклатура квалификаций предлагает большое количество разнородных параметров и ставит проблему унификации методов получения и контроля качества при производстве всего ассортимента ЧХУ. Эффективная разработка такого важного продукта, как четырех-хлористый углерод, требует использования самых современных информационных систем. Нами была применена наиболее современная и перспективная система компьютерной поддержки - CALS-технология (Continuous Acquisition and Life cycle Support - непрерывная информационная поддержка жизненного цикла продукта) [2].
В основе концепции CALS лежит комплекс единых информационных моделей, стандартизация способов доступа к информации и ее корректной интерпретации. CALS-технологии, в частности стандарт ISO 10303 STEP, предлагают способ решения проблемы электронного представления нормативно-технической информации при помощи использования стандартизованного интегрированного описания изделия. Данные в формате STEP (Standard for the Exchange of Product model data) могут быть использованы для технической подготовки и управления производством, планирования потребностей и т.д.
В разработанной нами на основе концепции CALS базе данных (БД) заложены основные типы нормативной документации для производства химических реактивов и особо чистых веществ: технические условия, технологический регламент, лабораторный регламент, исходные данные на проектирование. Наибольшее внимание в работе уделено технологическим регламентам, в основе информационной структуры которых лежит «Положение о технологических регламентах производства продукции на предприятиях химического комплекса». Это «Положение» устанавливает состав, порядок разработки, оформления и утверждения технологических регламентов производства продукции химического комплекса на предприятиях независимо от их организационно-правовой формы собственности.
Для постоянных, временных и разовых технологических регламентов в базу данных (рисунок 1) занесены следующие 14 основных разделов [3]: общая характеристика производств; характеристика производимой продукции; характеристика исходного сырья, материалов, полупродуктов и энергоресурсов; описание технологического процесса и схемы; материальный баланс; нормы расхода основных видов сырья, материалов и энергоресурсов; нормы образования отходов производства; контроль производства и управление технологическим процессом; возможные неполадки в работе и способы их ликвидации; охрана окружающей среды; безопасная эксплуатация производства; перечень обязательных инструкций;
Серия 4. Химическое машиностроение и инженерная экология
чертеж технологической схемы производства; спецификация основного технологического оборудования, включая оборудование природоохранного назначения. Каждому разделу регламента соответствует свой уникальный Ш таблицы «Разделы регламента».
ГО класса Наименование класса
01 Неорганические хигл1чес№1е вещества: 71.060
02 Органические химические вещества: 71.080
Т*
1Б продукта Ш док-та Наименование док-та
0028 01 Техни*£ские условия
0028 02 Технолопгескии регламент
0028 03 Л абораторныи регламент
0028 04 идп
ГО класса Ю вещества Наименование вещества
02 01 Алифаттрсские углеводороды 71.080.10
02 02 Ароматические углеводороды 711330.15
02 03 Галогензаглещенные углевсдорсды 71.080.20
02
02 10 Фенолы 71 £180.90
т цок-та 1Б раздела Наименование раздела
02 01 Общая характеристика производств
02 02 Характеристика пронз всдилсй продукции
02 03 Характеристика исходного сырья и материалов
02
02 13 Чертеж технологической схемы производства
02 14 С пацификация основного оборудования
ГО вещества
03
03
ГО продукта
0001
0028
Наименование продукта
1,2-Дихлорэтан ч:-:-
ЧХУ "ос.ч 1Э-4"
ЧХУ"
10П-3"
т раздела т псараздела Натленшанге подраздела
02 01 Техническое наименование продукта
02 02 Наименование ГОСТ, ОСТ, ТУ, СТП
02 03 Эсювные свойств а и качество продукции
02 04 :в едения о регистрации инф. карг ПОХБ
02 05 Сведения о регнпрации ПБ веществ
Рисунок 1. Структура базы данных «Технологический регламент»
Каждый из 14 разделов регламента включает иерархическую структуру подразделов 2-го, 3-го и т.д. уровня. Например, категория «характеристика производимой продукции» (ТР-2) включает следующие 5 подкатегорий 2-го уровня: техническое наименование продукта в соответствии с нормативно-технической документацией; наименование государственного или отраслевого стандарта, технических условий, стандарта предприятия, в соответствии с требованиями которых выпускается продукция, с перечислением технических требований; основные свойства и качество выпускаемой продукции, физико-химические свойства и константы: внешний вид, плотность, растворимость, температуры застывания или плавления, кипения, упругость паров, вязкость, электропроводность, диэлектрическая постоянная и другие показатели; область применения (основная); сведения о регистрации информационных карт потенциально опасных химических и биологических веществ (карт ПОХВ); сведения о регистрации паспортов безопасности (ПБ) веществ (материалов).
Пользователь программы РББ может получить всю необходимую информацию по любому подразделу регламента, занесенную в БД. Для ЧХУ выбирается класс (органические химические вещества - ГО = 02) и необходимое наименование вещества -галогензамещенные углеводороды (ГО = 04), а также требуемый продукт - ЧХУ квалификации «ос.ч ОП-3» (ГО = 0028), - и вид нормативной документации - технологический регламент (ГО = 02), - в окне программы РББ отображается перечень подразделов регламента в виде раскрывающегося дерева папок, вложенными файлами в которых могут являться тексты нормативной документации (ГОСТ, ОСТ, СТП, ТУ), таблицы свойств и характеристик и др. (рис. 2). В папке может располагаться несколько вложенных документов различного формата - чертежи, рисунки, текстовые документы и таблицы. При необходимости вложенные файлы могут быть открыты в отдельном окне соответствующей программы. Каждый из подразделов регламента содержит связанные документы и характеристики, отображающие технологию производства. Так подраздел № 02.2 «Наименование ГОСТ, ТУ, ...» содержит файл технических условий на рассматриваемый продукт - ЧХУ «ос.ч ОП-3» (рис. 2-а).
Нами выпускается 9 наименований четыреххлористого углерода различных квалификаций. В рассматриваемой папке «Особой чистоты» представлены два наименования ЧХУ: «ос.ч 18-4» и «ос. ч ОП-3». ЧХУ марки «ос.ч 18-4» предназначен для очистки и обезжиривания деталей в электронике и радиотехнике. ЧХУ квалификации «ос.ч ОП-3» применяется в ИК- и ЯМР-спектроскопии. В папке «Химически чистый» представлены 5 наименований ЧХУ: «хч БХС», «хч», «хч для УФ», «хч для ЭВС» и «хч для хроматографии», - а в папках «Чистый для анализа» и «Чистый» - по одному наименование ЧХУ: «чда» и «ч». Область
Серия 4. Химическое машиностроение и инженерная экология применения каждого продукта определяет, какими показателями будет лимитироваться конкретный вид ЧХУ. Так, чистота рассматриваемого реагента - ЧХУ «ос.ч ОП-3» - лимитируется такими показателями, как массовая доля соединений со связями СН и С=С и кислоты.
В созданной ранее системе компьютерного менеджмента качества для аналитического мониторинга органических растворителей [4] были структурированы и описаны все показатели качества для каждого рассматриваемого реагента. В рассматриваемой в данной работе системе все показатели качества структурированы в папке «Основные свойства и качество выпускаемой продукции» раздела №02 технологического регламента.
Рисунок 2. СЛЬ8-проект технологического регламента получения ЧХУ особой чистоты (а - титульный лист технических условий на ЧХУ «ос.ч ОП-3»)
Для удобства отображения важнейших параметров того или иного изделия или документа в системе имеется возможность присоединения «характеристик». В разрабатываемых нами СЛЬБ-проектов на особо чистые химические вещества в качестве характеристик выбраны следующие параметры: массовая доля основного вещества и примесей, внешний вид, физические свойства и др. Перечень возможных характеристик может легко дополняться при помощи специального модуля «Настройка словарей».
Словари характеристик. Нами разработаны следующие словари характеристик: химические свойства, физические свойства, материалы и прочие, а также словарь единиц измерений (см. рисунок 3). Словарь «Химические свойства» содержит набор характеристик, отображающих химический состав: содержание основного вещества, содержание примесей кислот, катионов металлов, углеводородов и других компонентов в зависимости от рассматриваемого продукта. Важным атрибутом характеристики является тип, с помощью которого одна и та же характеристика может присоединяться к изделию на разных стадиях ЖЦ.
К каждой характеристике в программном модуле РББ-ЕЕ предусматривается наличие единицы измерения (ЕИ). Предварительно нами был создан словарь единиц измерения, в который вошли все ЕИ, необходимые для описания характеристик, введенных в БД. При со-
Серия 4. Химическое машиностроение и инженерная экология
здании новой ЕИ пользователю предлагается выбрать вид характеристики из следующего списка: единица измерения СИ, контекстно-зависимая, производная, вычисляемая, описательная, заданная списком значений, денежная, точка во времени, агрегатная, ссылочная или табличная.
Рисунок 3. Модуль «Настройка словарей» для основных характеристик технологии
получения ЧХУ особой чистоты
В выбранной нами предметной области для характеристик веществ и аппаратов нами использовались, главным образом, единицы измерения СИ, производные, вычисляемые и описательные. Для характеристик, рассмотренных в системе химических веществ (массовые доли основного вещества и примесей), единицей измерения является «Процентное содержание». Для таких характеристик веществ, как «Внешний вид», «Цвет», в качестве единицы измерения выбирается «описательная».
Для предметной области «особо чистые вещества» разработаны информационные базы данных для основного вида технической документации - технологические регламенты. В протоколе применения «технологические регламенты» для производства четыреххлори-стого углерода реактивной квалификации и особой чистоты разработаны базы данных, справочники и словари по элементам оборудования, свойствам продуктов, конструкционным материалам и др.
Литература
1. Трегер Ю.А., Карташов Л.М., Кришталь Н.Ф. Основные хлорорганические растворители. -М.: Химия, 1984, 224 с.
2. Bessarabov A.M., Zhdanovich O.A., Yaroshenko A.M., Zaikov G.E. Development of information CALS-technologies in the industry of chemical reagents and high-pure substances // Journal of the Balkan Tribological Association. 2005. V. 11, № 3. P. 429-437.
3. Степанова Т.И., Поляков А.В., Гафитулин М.Ю., Бессарабов А.М. Разработка технологических регламентов производства химических реактивов и особо чистых веществ на основе концепции CALS // Сборник научных трудов «Успехи в химии и химической технологии»: РХТУ им. Д.И. Менделеева. Москва. 2013. Т. XXVII, № 1. C. 86-90.
4. Бессарабов А.М., Трынкина Л.В., Трохин В.Е., Вендило А.Г., Гордеева Е.Л. CALS-технология для выбора аналитического оборудования на примере мониторинга ассортимента органических растворителей // Известия МГТУ «МАМИ». 2012. Т. 4, № 2 (14). С. 125-129.
